Ο ανιχνευτής των κυμάτων βαρύτητας LIGO είναι έτοιμος

Από σελίδα του BBC, 17 Φεβρουαρίου 20032

Οι επιστήμονες ανακοίνωσαν στο συνέδριο της AAAS στο Ντένβερ ότι το LIGO ένα από τα μεγαλύτερα παρατηρητήρια βαρυτικών κυμάτων που κατασκευάστηκε ποτέ, είναι έτοιμο για να ξεκινήσει τις εργασίες του.

Το Ligo, που κόστισε σχεδόν 300 εκατομμύρια δολάρια, θα προσπαθήσει να ανιχνεύσει τα κύματα βαρύτητας, τις κυματώσεις που δημιουργούνται στον ιστό του χωρόχρονου και οι οποίες εμφανίζονται κάθε φορά που εκρήγνυται ένα αστέρι ή συγκρούονται μαύρες οπές.

Εάν πετύχει το πείραμα, οι επιστήμονες όχι μόνο θα επιβεβαιώσουν τις θεωρίες της σχετικότητας, θα αποκτήσουν επίσης κι ένα νέο παράθυρο στο Σύμπαν, που θα τους βοηθήσει να εξετάσουν τη φύση του Κόσμου, πίσω στην αρχή του ίδιου του χρόνου.

Οι ερευνητές οι συνδεδεμένοι με το πρόγραμμα αυτό ήρθαν στην ετήσια συνεδρίαση της Αμερικανικής Ένωσης για την Πρόοδο της Επιστήμης (AAAS) με καλές ειδήσεις.

Ανέφεραν ότι τα αρχικά πειράματα έδειξαν ότι με το Ligo θα μπορούσαν να επιτύχουν τις εξαιρετικές ευαισθησίες, που απαιτούνται για να συλλάβουν τα κύματα.

Λέιζερ και καθρέφτες

"Βρισκόμαστε σε μια πολύ περίπλοκη φάσης πιστοποιήσεων λειτουργικής ικανότητας αλλά έχουμε αρχίσει τώρα να κάνουμε κάτι που μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα της επιστήμης," είπε ο καθηγητής Barry Barrish, ο διευθυντής του Ligo.

"Έχουμε βελτιώσει την ευαισθησία και κατά τη διάρκεια του επόμενου ενός ή δύο ετών θα κινηθούμε αργά."

Οι ερευνητές ανέφεραν επίσης ότι θέλουν άλλα 150 εκ. δολάρια ακόμη για να αυξήσουν την ισχύ του LIGO.

Το LIGO, αρχικά των λέξεων Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων με Συμβολόμετρο Λέιζερ (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) είναι μια τεράστια μηχανική εγκατάσταση.

Αποτελείται από δύο μακρινές μεταξύ τους εγκαταστάσεις - η μια βρίσκεται στην Πολιτεία της Ουάσιγκτον, και η άλλο στη Λουϊζιάνα - στις οποίες η ακτίνα του λέιζερ ανακλάται από τους καθρέφτες στο τέλος δύο κενών σηράγγων μήκους τεσσάρων χιλιομέτρων.

Οι ακτίνες φωτός που επιστρέφουν επανασυνδυάζονται στους ανιχνευτές. Εάν περάσει ένα βαρύτητας κύμα μέσω των ακτίνων, το φως τότε θα επηρεαστεί έστω και ελαφρώς.

Ένας Βρετανός φυσικός ο Δρ Harry Ward, ένας συνεργάτης του Ligo, εξηγεί: "Η επίδραση ενός βαρυτικού κύματος - εάν τη φανταστούμε πως διαδίδεται προς εσάς - θα ήταν να επιμηκυνθεί το διάστημα μεταξύ του κεφαλιού σας και των ποδιών σας, και να μικρύνει το πλάτος σας. Αυτά σας διαστρεβλώνουν με αυτόν τον τρόπο.

"Έτσι ο τρόπος που προσπαθούμε να ανιχνεύσουμε τα κύματα βαρύτητας είναι να σχεδιάσουμε ένα σύνολο καθρεφτών σε σχήμα L. Τα κύματα βαρύτητας θα μικρύνουν τον έναν βραχίονα μεταξύ των δύο καθρεφτών ενώ ταυτόχρονα θα μεγαλώσουν τον άλλο βραχίονα μεταξύ των δύο καθρεφτών."

Αλλά η ασθενής φύση της βαρύτητας σημαίνει ότι αυτές οι διαταραχές είναι αφάνταστα μικρές, ακόμα και όταν δημιουργούνται από μερικά από τα βιαιότερα γεγονότα του Σύμπαντος, όπως είναι η κατάρρευση των πολύ μεγάλων αστεριών.

Οι επιστήμονες στο Ligo πρέπει να μετρήσουν αποκλίσεις στις ακτίνες φωτός τους ίσες με το μήκος του ενός χιλιοστού του πλάτους ενός πρωτονίου.

Μια από τις σημαντικές στοιχειώδεις εργασίες για τους μηχανικούς ήταν να απομονωθούν οι εγκαταστάσεις από τις δονήσεις - είτε από τη διάβαση των φορτηγών είτε από τους σεισμούς - που θα άλλαζαν τα πραγματικά στοιχεία.

Έχοντας τις δύο εγκαταστάσεις χωριστά βοηθά τους επιστήμονες να δουν τον ξένο "θόρυβο" στο σύστημα

Χαρά της ανακάλυψης

Μετά από τις αρχικές ρυθμίσεις των οργάνων, οι ερευνητές αισθάνθηκαν βέβαιοι για να ξεκινήσουν τα πρώτα πειράματά τους, διάρκειας 60 ημερών, αυτό το Σαββατοκύριακο.

Φυσικά, δεν αναμένουν να βρουν τα κύματα βαρύτητας κύματα αμέσως. Η ευαισθησία του Ligo είναι ακόμα κάπως μικρή για το επίπεδο ευαισθησίας που απαιτείται για να ανιχνεύσει ένα τέτοιο γεγονός με σιγουριιά.

Αλλά όταν έρθει η στιγμή του "Εύρηκα", θα φθάσουμε σε μια νέα εποχή της επιστήμης.

Ο καθηγητής Kip Thorne, ένας από τους ερευνητές στο πρόγραμμα, ανέφερε: "Θα είναι θαυμάσιο. Θα έχουμε τη χαρά της ανακάλυψης πραγμάτων σχετικά με τη σκοτεινή πλευρά του Κόσμου, που δεν μπορούν να ανακαλυφθούν με κανένα άλλο τρόπο.

"Θα έχουμε τη χαρά να δοκιμάσουμε τις θεωρίες για τις μαύρες τρύπες, που δεν μπορούν να εξεταστούν με άλλο τρόπο. Θα βλέπουμε τον Κόσμο και τους θεμελιώδεις νόμους του χωροχρόνου με έναν τρόπο που δεν έχουμε δει ποτέ πριν".

Τι είναι τα κύματα βαρύτητας;

Βαρυτικά κύματα από αντικείμενα

Είναι οι κυματισμοί (αναταράξεις) που δημιουργούνται μέσα στο χώρο και χρόνο (χωρόχρονο) του Σύμπαντος. Πάντως, θεωρούμε ότι τα βαρυτικά κύματα εκπέμπονται είτε από μαύρες τρύπες είτε από συμπαγείς αστέρες που περιστρέφονται ο ένας γύρω από τον άλλο. Έτσι, δημιουργούνται παραμορφώσεις στο χωρόχρονο, που εμφανίζονται ως ταλαντώσεις (όπως ακριβώς οι κυματισμοί στην επιφάνεια του νερού μιας λίμνης μετά τη ρίψη πέτρας) γύρω από τα αντικείμενα αυτά.

Αυτοί οι αόρατοι κυματισμοί ταξιδεύουν προς τη Γη και μεταφέρουν μαζί τους πολύτιμες πληροφορίες για τη βίαιη προέλευσή τους και τη φύση της βαρύτητας, που συνεχίζει μέχρι σήμερα να κρύβει μυστήρια.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν είχε προβλέψει την ύπαρξη των κυμάτων βαρύτητας το 1916 στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, αλλά μονάχα τώρα ο άνθρωπος έχει την τεχνολογία που θα του επιτρέψει την ανίχνευσή τους.

Παρ' όλο που τα συγκεκριμένα αυτά κύματα δεν έχουν ανιχνευτεί άμεσα, η επίδρασή τους πάνω σε ένα διπλό σύστημα πάλσαρ (δύο άστρα νετρονίων -υπέρπυκνα άστρα αποτελούμενα ολοκληρωτικά από νετρόνια- σε μεταξύ τους τροχιά) έχει μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια και συμφωνεί πλήρως με τη θεωρία περί κυμάτων βαρύτητας.

Συμβολόμετρο
Είναι ευαίσθητο όργανο με πολύ μεγάλη ακρίβεια που μπορεί να συγκριθεί μόνο με την διακριτική ικανότητα των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων. Σε αυτό το όργανο, μιά αρχική δέσμη φωτός με τη βοήθεια ημιδιαφανούς κατόπτρου χωρίζεται στα δύο, που μετά την ανάκλαση τους σε δύο κάτοπτρα επιστρέφουν πάλι στο διαχωριστή δέσμης, που τώρα έχει το ρόλο του συνθέτη, όπου οι δύο δέσμες συμβάλλουν και ανάλογα δίνουν κροσσούς συμβολής ομόκεντρους κύκλους ή ελαφρά καμπύλες γραμμές κλπ.